Study on residual stress and strain during rail rolling contact of straight U75V rail

Estudio de la tensión residual y la deformación durante el contacto de rodadura del carril U75V recto

Se obtiene la distribución de la tensión residual producida por el proceso de enderezado en el lateral del carril. A continuación, el resultado de la tensión residual se utiliza como condición inicial para estudiar la regla de variación de la tensión y la deformación del proceso de contacto de rodadura rueda-carril. Los resultados muestran que con el aumento de los tiempos de rodadura, la tensión residual de enderezamiento del carril se redistribuye rápidamente y se estabiliza gradualmente. La tensión residual de la cabeza del carril se ve afectada principalmente por la rodadura de la rueda, mientras que la cintura y la parte inferior del carril se ven afectadas principalmente por el enderezamiento. El efecto de la tensión residual de enderezamiento sobre la mancha de cizallamiento residual es relativamente pequeño.

INTRODUCCIÓN

La distribución de las tensiones y deformaciones residuales del carril afecta directamente a la vida útil del carril y a la seguridad de conducción del tren[1]. La tensión residual producida por los procesos de laminación en caliente, enfriamiento y enderezado tiene una influencia importante en la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la fractura del carril en servicio, y es uno de los factores clave que determinan la tensión de fatiga cíclica media del carril[2]. La tensión residual producida por el proceso de producción y el proceso de rodadura de las ruedas determinan conjuntamente la distribución de tensiones y deformaciones del carril. Por lo tanto, es necesario estudiar la variación de la tensión y la deformación del carril durante la rodadura de la rueda sobre la premisa de considerar la tensión residual de la producción.

Los estudiosos han investigado mucho sobre el proceso de contacto entre la rueda y el carril, pero rara vez han considerado la influencia de la tensión residual de producción. En este trabajo, se presenta un método elástico de elementos finitos para calcular las tensiones residuales en la producción de carriles, y se estudian las tensiones y deformaciones de rodadura de la rueda del carril recto sobre la base de considerar las tensiones residuales de producción y los modelos constitutivos plásticos cíclicos.

CÁLCULO DE LAS TENSIONES RESIDUALES EN LA PRODUCCIÓN

La tensión residual producida por el laminado en caliente y el proceso de enfriamiento afecta poco a la tensión residual de enderezado[3], por lo que en este documento sólo se ha considerado el proceso de enderezado al estudiar la tensión residual en la producción. La máquina enderezadora de carriles consta de 9 rodillos horizontales y 8 rodillos verticales, la reducción de rodadura de los rodillos enderezadores se muestra en la Tabla 1. En el modelo de simulación, el rodillo enderezador se describe como un cuerpo rígido y el carril se establece en el modelo Bilinear-Hardened-Material.  La versión del raíl es U75V 60 kg/m, sus parámetros se determinan experimentalmente, el módulo de elasticidad es de 2,05e5 MPa, la elasticidad de cizallamiento es de 1,18e4 MPa, el límite elástico es de 525 MPa, y la relación de Poisson es de 0,3. El elemento C3D8R (8 nodos, lineal, hexaedro, reducción integral, tensión 3D) y el elemento R3D4D (4 nodos, bilineal, cuadrilátero, cuerpo rígido 3D) se utilizan para mallar el raíl y el rodillo enderezador respectivamente.